第04章酶.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,目 录,第四章 酶,第一节 酶的概述,第二节 酶的化学组成和结构,第三节 酶催化的机理,第四节 酶促反应动力学,第五节 酶结构与功能的关系,第六节 核酶、脱氧核酶和抗体酶,第一节 酶的概述,一、概念,酶（,Enzyme）,是生物细胞合成的具有,高度专一性,和,极高催化效率,的蛋白质（狭义）。,酶是由活细胞合成的具有高度专一性和极高催化效率的生物催化剂（广义）。,生物催化剂,蛋白质,核酸类（核酶、脱氧核酶）,酶学研究简史,公元前两千多年，我国已有酿酒记载。,1857,年，,Pasteur,认为发酵是酵母细胞生命活动的结果。,1878,年，,Kuhne,首次提出,Enzyme,一词。,1897,年，,Buchner,兄弟用不含细胞的酵母提取液，实现了发酵。,1926,年，,Sumner,首次从刀豆中提纯出脲酶结晶。,1982,年，,Cech,首次发现,RNA,也具有酶的催化活性，提出,核酶,(ribozyme),的概念。,1994,年，发现了具有,DNA,连接酶活性,DNA,片段，称为,脱氧核酶,(deoxyribozyme)二、酶促反应的特点,（一）、酶与一般催化剂相同的性质,1、加快反应速度（,k），,但不改变反应的平衡常数（,K），,即能同时加速正、逆反应的进程，缩短达到平衡的时间。,2、只能催化热力学上允许的化学反应。,3,、降低反应所需的活化能，从而加快化学反应速度。,4,、反应前后没有质和量的不变。,(,二,),、酶催化作用的特征,1,、酶具有高度的专一性,酶对底物和反应类型有严格的选择性，只能作用于一种或一类化合物，催化一种或一类化学反应，产生特定的产物。称为,酶的专一性,。,根据酶对其底物结构选择的严格程度不同，酶的特异性可大致分为以下3种类型：,绝对专一性,相对专一性,立体异构专一性,（1）绝对专一性,(,absolute specificity),对底物的结构及反应类型要求非常严格，只能催化一种底物发生一定类型的化学反应。如脲酶只能催化尿素水解成,NH,3,和,CO,2,。,（3）、立体异构专一性,(,stereo specificity),不少酶对底物的立体构型有特异的要求，即酶只能催化一种立体异构体发生一种反应，而对另一种异构体，则无催化作用。,例如：,淀粉酶只能水解淀粉中的,-1、4-,糖苷键，而不能水解纤维素中的,-1、4-,糖苷键。,2,、酶催化的高效性,酶的催化效率通常比非催化反应高10,8,10,20,倍，比一般化学催化剂高10,7,10,13,倍。,酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的活化能(,activation energy)。,酶比一般催化剂能,更有效地降低反应的活化能,。,4,、酶易变性失活,凡能使蛋白质变性的因素，都能够使酶活性降低或丧失。,3,、反应条件温和,酶促反应是在常温、常压、近中性酸碱度等温和反应条件下进行的。,对酶生成与降解量的调节,酶催化效力的调节,5,、酶活性的可调节性,这是酶的又一个重要的特征。通过控制酶的活性，使生命活动过程中的各种反应有条不紊地、协调地进行。,（一）、酶的分类,国际生物化学与分子生物学学会酶学委员会根据酶催化的反应类型，将酶分为六大类：,1.氧化还原酶类(,oxidoreductases),2.转移酶类(,transferases),3.,水解酶类(,hydrolases),4.,裂解酶类(,lyases),5.,异构酶类(,isomerases),6.,合成酶类(,ligases,synthetases),三、酶的分类与命名,The Classification and Naming of Enzyme,（二）、酶的命名,1.习惯命名法推荐名称,2.系统命名法系统名称,1,、酶的习惯命名法,大多数酶是依据其所催化的底物命名，在底物的英文名词上加尾缀,ase,作为酶的名称，如水解脂肪的酶为脂肪酶,(Lipase),。,某些酶根据其所催化的反应类型或方式命名，例催化氨基转移的,转氨酶催化脱氢的,脱氢酶。,有的酶综合上述两个原则命名，如乳酸脱氢酶，谷丙转氨酶等。,在上述命名基础上再加上酶的来源和酶的其它特点，例如胃蛋白酶，碱性磷酸酶和酸性磷酸酶。,2,、酶的系统命名法,国际酶学委员会提出的系统命名法的原则是以酶催化的整体反应为基础的。命名时应明确每种酶的底物、构型及催化反应的性质，若有多个底物都要写明，其间用冒号（）隔开。,例如：,乳酸脱氢酶的系统命名是,L-,乳酸,NAD,+,氧化还原酶。,一些酶的命名举例,酶的编号,(,以乳酸脱氢酶为例,),EC 1.1.1.27,酶学委员会缩写,第一大类，氧化还原酶,第一亚类，被氧化基团为,CHOH,第一亚亚类，氢受体为,NAD,+该酶在此亚亚类中的序号,一、酶的化学组成,（一）单纯酶 只含多肽链，是单纯蛋白质。,（二）结合酶 由多肽链和非多肽链组成，多肽链部分为酶蛋白，非多肽链部分为辅助因子。,结合酶 酶蛋白,辅助因子,小分子有机化合物,金属离子,第二节、酶的化学组成和结构,酶蛋白与辅组因子结合形成的复合物称为,全酶,，只有全酶才具有催化活性。,*全酶各部分在催化反应中的作用,酶蛋白,决定反应的专一性,辅助因子,决定反应的种类与性质,二、酶的辅助因子,（一）金属离子,如,Zn,2+,、Mo,2+,、Mg,2+,、Fe,2+,和,Cu,2+,等可作为酶的辅助成分。,金属离子可能的作用,（1）酶活性部位的组成成分，参加催化底物反应,（2）对酶活性所必需的分子构象起稳定作用,（3）在酶与底物分子之间起,桥梁作用,（,4,）中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。,(,二,),、,有机化合物,根据有机化合物与酶蛋白结合的牢固程度可将其分为：,辅酶,(,coenzyme):,以非共价键与酶蛋白结合,，,可用,透析或超滤的方法除去。,辅基,(,prosthetic group):,以共价键,与酶蛋白结合,，不能用,透析或超滤的方法除去,。,小分子有机化合物的作用,在反应中起载体的作用，传递电子、质子或其它基团。,三、维生素与辅酶,维生素概念,维生素,(vitamin),是机体维持正常功能所必需，但在体内不能合成或合成量很少，必须由食物供给的一组低分子量有机化合物。,脂溶性维生素,(lipid-soluble vitamin),水溶性维生素,(water-soluble vitamin),分类,:,（一）、维生素,B,1,与,TPP,维生素,B,1,又名,硫胺素,(thiamine),，,由噻唑和嘧啶环组成,体内活性形式为,焦磷酸硫胺素,(TPP),1,、化学本质及性质,活性基因与作用机理,TPP,具有辅酶的功能是由于噻唑环上,C,2,的氢可以解离成,H,+,和,C,-,，C,-,可以与,-,酮酸的羰基氧结合，进一步脱去,CO,2,并生成一个中间产物。,TPP,是,-,酮酸氧化脱羧酶的辅酶，也是转酮醇酶的辅酶。在神经传导中起一定的作用，抑制胆碱酯酶的活性。,2,、生化作用及缺乏症,生化作用,缺乏症,脚气病，末梢神经炎,（二）、维生素,B,2,与黄酶辅酶,1,、化学本质及性质,维生素,B,2,又名,核黄素,(riboflavin),，化学本质为核醇与,7,、,8-,二甲基异咯嗪的缩合物。,体内活性形式为,黄素单核苷酸,(FMN),黄素腺嘌呤二核苷酸,(FAD),Vit B,2,FMN,AMP,FAD,活性基因与作用机理,异咯嗪环上的,N,1,和,N,5,是功能基团，可以可逆地加氢和脱氢，起传递氢的作用。,2,、生化作用及缺乏症,生化作用,：,FMN,及,FAD,是体内氧化还原酶 的辅基，主要起氢传递体的作用。,缺乏症：,口角炎，唇炎等。,1,、化学本质及性质,泛酸,(pantothenic acid),又名遍多酸，是由,-,丙氨酸与,2,4-,二羟基,-3,3-,二甲基丁酸缩合而成的有机酸,体内活性形式为,辅酶,A(CoA),（三）泛酸（,B,3,）和辅酶,A,CoA,的结构式,泛酸,4-,磷酸泛酰,巯基乙胺,SH,活性基因与作用机理,CoA,中的巯基乙胺上的,-,SH,为活性基团,，可以与羧基形成硫酯键,2,、生化作用,CoA,是酰化酶的辅酶，参与酰基的转移作用。,维生素,PP,包括,尼克酸,(nicotinic acid),尼克酰胺,(nicotinamide),体内活性形式,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸,(NAD,+,),尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸,(NADP,+,),1,、化学本质及性质,（四）维生素,PP（B,5,）,和辅酶,I,和,II,NAD,+,：,R,为,H,NADP,+,：,R,为,尼克酰胺,氧化还原反应时变化发生在五价氮和三价氮之间。,MH,2,+NAD,+,（,NADP,+,),M+NADH+H,+,（NADPH+H,+,）,活性基因与作用机理,尼克酰胺环是其活性部位，可以可逆地加,H,加,e,和脱,H,和,e,。,生化作用,NAD,+,及,NADP,+,是体内多种脱氢酶（如苹果酸脱氢酶、乳酸脱氢酶）的辅酶，起传递氢的作用。,2,、生化作用及缺乏症,缺乏症：癞皮病,（五）维生素,B,6,和磷酸吡哆醛,1,、化学本质及性质,维生素,B,6,包括,吡哆醇，吡哆醛,及,吡哆胺,体内活性形式为,磷酸吡哆醛,和,磷酸吡哆胺,2,、生化作用,磷酸吡哆醛,是氨基酸转氨酶、脱羧酶和消旋酶的辅酶。,（六）生物素（,VB,7,VH,生长因子）,1,、化学本质及性质,生物素是一个由噻吩和尿素相结合的骈环并且有戊酸侧链的化合物。,2,、生化作用,是羧化酶的辅酶，起,CO,2,载体的作用。,1,与羧基结合生,成羧基生物素,与赖氨酸,-,氨基结合成生物胞素,HOOC-,（七）叶酸和四氢叶酸,1,、化学本质及性质,叶酸是由碟呤啶、对氨基苯甲酸和谷氨酸三部分组成。,在体内的活性形式：,四氢叶酸,(THFA,或,FH,4,),。,叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,二氢叶酸,二氢叶酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,四氢叶酸,5,6,7,8-,四氢叶酸,生化作用：,FH,4,是一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位的转移。,缺乏症：巨幼红细胞贫血,2,、生化作用及缺乏症,活性基因与作用机理,N,5,和,N,10,活性部位。,（八）维生素,B,12,（,钴胺素）,1,、化学本质及性质,维生素,B,12,分子中含金属元素又称,钴胺素,(,coholamine,),，是唯一含金属元素的维生素。,体内活性形式为 甲基钴胺素,5,-,脱氧腺苷钴胺素,RCH,3,甲基钴胺素,R,：,5-,脱氧腺苷,5-,脱氧腺苷钴胺素,R,：,-OH,羟钴胺素,R,：,-CN,氰钴胺素,生化作用,5-脱氧腺苷钴胺素,几种变位酶的辅酶，,如甲基丙二酸单酰,CoA,变位酶。,甲基钴胺素,甲基转移酶的辅酶。,羟钴胺素、氰钴胺素,是药用维生素,B,12,的常见形式。,2,、生化作用及缺乏症,缺乏症,巨幼红细胞贫血、神经疾患,（九）、硫辛酸,生化作用,硫辛酸,(lipoic acid),是硫辛酸酰基转移酶的辅酶，起转酰基和转氢作用。,氧化型,还原型,维生素,C,脱氢维生素,C,（十）、维生素,C,1,、化学本质及性质,维生素,C,又称,L-,抗坏血酸,(ascorbic acid),生化作用：,参与氧化还原反应，参与体内羟化应，促进胶原蛋白的合成，促进铁的吸收。,缺乏症：,坏血病,2,、生化作用及缺乏症,四、酶的不同形式,根据酶蛋白分子结构的特点将酶分为三类,：,单体酶,(monomeric enzyme),：,一般只有一条多肽链，仅具有三级结构的酶。,寡聚酶,(oligomeric enzyme),：,由多个相同或不同亚基以非共价键连接组成的酶。,多酶体系,(multienzyme system),：,由几种不同功能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。,五、酶的活性部位和必需基团,酶分子中能直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位，称,活性部位,或活性中心,。,活性中心 结合部位,催化部位,由23个以上的催化基团,组成，反应专一性,由三个以上的结合基,团组成，底物专一性,必需基团,酶分子中一些与酶活性密切相关的化学基团,。即直接参与对底物分子结合与催化的基团以及参与维持酶分子构象的基团。,活性中心内的必需基团,结合基团,(,binding group,),与底物相结合,催化基团,(,c,atalytic group),催化底物转变成产物,位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象。,活性中心外的必需基团,底 物,活性中心以外的必需基团,结合基团,催化基团,活性中心,第三节 酶催化的机理,一、酶的作用在于降低反应活化能,过渡态,任何化学反应的全过程都会出现一个或几个不稳定的中间产物，这种不稳定的中间产物称为过渡态。,活化能,（,energy of activation）,是指从反应物（初态）转化成中间产物（过渡态）所需的能量。即：活化分子所必须具有的最低能量。,含有活化能的分子，称为,活化分子。,反应总能量改变,非催化反应活化能,酶促反应,活化能,一般催化剂催,化反应的活化能,能,量,反 应 过 程,底物,产物,酶促反应活化能的改变,催化剂,每摩尔需活化能,无,18 000J,胶态钯,11 700J,过氧化氢酶,2 000J,过氧化氢分解反应所需活化能,二、中间产物学说,酶,-,底物复合物,E+S,E+P,ES,酶催化某一反应时，首先与底物,S,结合，生成酶,-,底物复合物,ES,，此复合物再进行分解，释放出酶,E,和形成产物,P,；酶又可再与底物结合，继续发挥催化作用，这就是,中间产物学说。,三、诱导契合假说(,induced-fit hypothesis),酶与底物相互接近时，底物分子可诱导酶分子的构象发生变化、进而与底物相互结合并催化底物分子发生化学变化。这一过程称为酶-底物结合的,诱导契合假说,。,五、酶作用高效率的机理,（一）邻近和定向效应,邻近效应（,proximity effect,）,结合在酶活性部位上的,A、B,双底物分子，二者的反应基团互相靠近，同时，底物的反应基团与活性部位的催化基团互相靠近，大大增加了活性部位内底物的有效浓度，从而使反应速度大大提高。,定向效应（,orientation effect）,酶活性部位中，催化基团与底物分子的反应基团之间，形成了正确的定向排列，使分子间的反应按正确的方向相互作用形成中间产物，从而降低了底物分子的活化能，增加了反应速度。,(二)底物分子的形变,酶与底物的结合，不仅使酶分子构象发生变化，同时，亦使底物分子扭曲变形，称为应变或形变效应（,strain effect）。,降低了底物反应的活化能，有助于过渡态的形成，从而使反应速度加快。,（三）共价催化,有些酶分子的催化基团可以通过共价键与底物分子结合形成不稳定的中间产物，因而大大降低了活化能，使反应速度大为提高。这种催化称为共价催化。,亲核催化,酶活性中心的亲核催化基团提供一对电子，与底物分子中缺少电子具有部分正电荷的碳原子形成共价键，从而产生不稳定的共价中间产物。,亲电子催化,酶活性中心的亲电子催化基团，从底物分子中的亲核原子上夺取一对电子，形成共价键，从而产生不稳定的共价中间产物。,（四）酸碱催化,在酶活性中心上，有些催化基团是质子的供体（酸催化基团）可以向底物分子提供质子，称为,酸催化,。,有些催化基团是质子的受体（碱催化基团）可以从底物分子接受质子，称为,碱催化,。,在,pH,接近中性的生物体内，,His,的咪唑基，既可以作为质子的供体，又可以作为质子的受体，是许多酶的酸碱催化基团。,酶分子中可以作为广义酸、碱的基团,（五）活性部位的低介电性,有些酶分子的活性中心位于非极性的孔穴中，其催化基团被低介电环境所包围。而非极性的孔穴有利于提高酶促反应的速度。这可能是由于在低介电环境中有利于电荷的相互作用，而极性的水对电荷往往有屏蔽作用。,第四节 酶促反应动力学,概念,研究,酶促反应速度的规律,以及影响酶促反应速度的,各种因素,的科学。,影响因素包括,酶浓度、底物浓度、,pH,、,温度、,抑制剂、激活剂等。,研究一种因素的影响时，其余各因素均恒定。,（一）酶的活性,是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是,酶促反应速度,。,一、酶活力测定,酶促反应速度,在适宜的反应条件下，用单位时间内底物的,消耗量,或产物的,生成量,来表示。,酶促反应速度的测定,1,、测定单位时间内底物的消耗量,2,、测定单位时间内产物的生成量,国际单位,(IU),在特定的条件下，每分钟催化,1,mol/L,底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。,催量单位,(kat),催量是指在特定条件下，每秒钟使,mol/L,底物转化为产物所需的酶量。,kat,与,IU,的换算：,1 IU=16.6710,-9,kat,1 kat=610,7,IU,（二）酶的活性单位,是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间内生成一定量的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。,(,三,),比活力,酶的比活力,也称为酶的比活性，是指每毫克酶蛋白所具有的活力单位数。,或用每克酶制剂或每毫升酶制剂所含的活力单位数来表示。,酶活力测定方法：,分光光度法、荧光法、同位素测定法、电化学法。,二、影响酶促反应速度的因素,单底物、单产物反应,反应速度取其初速度,研究前提,1,、底物浓度与酶促反应速度的曲线关系,在其他因素不变的情况下，底物浓度对反应速度的影响呈,矩形双曲线关系,。,（一）底物浓度对反应速度的影响,当底物浓度较低时,反应速度与底物浓度成正比；反应为一级反应。,S,V,Vmax,随着底物浓度的增高,反应速度不再成正比例加速；反应为混合级反应。,S,V,Vmax,当底物浓度高达一定程度,反应速度不再增加，达最大速度；反应为零级反应,S,V,Vmax,2,、米,曼氏方程,1913,年,Michaelis,和,Menten,提出反应速度与底物浓度关系的数学方程式，即米曼氏方程式,(Michaelis-Menten equation),，简称米氏方程。,1925,年,Briggs,和,Haldane,对米氏方程进行了修正。,根据：,E+S,E+P,ES,酶底物复合物,底物,酶,酶,产物,V,m,S,V,=,K,m,+S,S,：,底物浓度,V,：,不同,S,时的反应速度,V,max,：,最大反应速度,(maximum velocity),m,：,米氏常数,(Michaelis constant),米,曼氏方程,3,、,K,m,米氏常数意义,1.,酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度,K,m,S,2,K,m,+S,V,max,V,max,S,V,max,V,S,K,m,V,max,/2,2.,它是酶的特征常数，不同的酶米氏常数不同；同一酶对于不同底物有不同的,K,m,值。,3.,K,m,可近似的表示酶与底物的亲和力。,K,m,愈大，表示亲和力愈小；,K,m,愈小，表示亲和力愈大。,4.,K,m,可以判断酶作用的最适底物。,5.,K,m,可以判断酶催化可逆反应时的优势方向。,6.,有助于寻找许多酶催化的一个代谢途径的限速步骤。,4,、,K,m,和,V,max,的求法,Lineweaver,和,Burk,将米氏方程作双倒数变换处理，将矩形双曲线变成直线作图，便可较容易地用该直线求得,V,max,和,K,m,。,1/V,1/S,1/,V,max,-1/,K,m,（二）酶浓度对反应速度的影响,当,S,E,，,酶可被底物饱和的情况下，反应速度与酶浓度成正比。,关系式为：,V,=,K,E,0,v,E,当,SE,时，,V,max,=k E,酶浓度对反应速度的影响,双重影响,温度升高，酶促反应速度升高；由于酶的本质是蛋白质，温度升高，可引起酶的变性，从而反应速度降低。,四、温度对反应速度的影响,最适温度,(optimum temperature),：,酶促反应速度最快时的环境温度。,*低温的应用,V,0.5,1.0,2.0,1.5,0 10 20 30 40 50 60,温度,C,温度对淀粉酶活性的影响,五、,pH,对反应速度的影响,最适,pH (optimum pH),：,酶催化活性最大时的环境,pH,。,0,V,pH,pH,对某些酶活性的影响,胃蛋白酶,淀粉酶,胆碱酯酶,2,4,6,8,10,pH,与酶促反应速度的曲线关系,pH,影响酶分子的构象，,pH,过大、过小可以引起酶变性失活。,pH,可影响酶分子中的极性基团，特别是酶活性中心的必需基团的解离状态；同时影响辅酶的解离状态。,影响底物的解离状态，从而影响酶与底物结合成中间产物。,pH,影响酶促反应速度的机理,六、抑制剂对反应速度的影响,酶的抑制剂,(inhibitor),凡能与酶分子的某些基团结合，使催化活性下降或丧失，而不引起酶蛋白变性的物质称为酶的抑制剂。,区别于酶的变性,抑制剂对酶有一定选择性，变性的因素对酶没有选择性,抑制剂不引起酶变性，空间结构无明显改变。,抑制作用的类型,不可逆性抑制,(irreversible inhibition),可逆性抑制,(reversible inhibition),：,竞争性抑制,(competitive inhibition),非竞争性抑制,(non-competitive inhibition),反竞争性抑制,(uncompetitive inhibition),(,一,),不可逆性抑制作用,*概念,抑制剂通常以共价键与酶的必需基团相结合，使酶失活。,*特点,a,、抑制剂不能用透析、超滤等方法除去。,b,、抑制强度取决于抑制剂浓度以及酶与抑 制剂之间接触的时间。,例如：,有机磷化合物,羟基酶,有机磷化合物,羟基酶,失活的酶,酸,临床上可用解磷定（,PAM,）解除其抑制作用,失活的酶,BAL,巯基酶,BAL,与砷剂结合物,重金属离子及砷化合物,巯基酶,解毒,二巯基丙醇,(BAL),路易士气,巯基酶,失活的酶,酸,+,+,（二）可逆性抑制作用,*概念,抑制剂通常,以非共价键,与酶或酶,-,底物复合物,可逆性,结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用,透析、超滤,等方法除去。,竞争性抑制,非竞争性抑制,反竞争性抑制,*类型,.,竞争性抑制作用,+,I,E,I,E+S,E+P,ES,反应模式,定义,抑制剂与底物的,结构相似,，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍酶,-,底物复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。,+,+,+,E,E,S,I,ES,EI,E P,*特点,抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力及底物浓度；,I,与,S,结构类似，竞争酶的活性中心；,动力学特点：,V,max,不变，表观,K,m,增大。,抑制剂,无抑制剂,1/V,1/S,1/,V,max,-1/,K,m,*例,丙二酸,与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,FAD,FADH,2,延胡索酸,COOH,CH,HC,COOH,COOH,CH,2,COOH,丙二酸,磺胺类药物的抑菌机制,与,对氨基苯甲酸,竞争,二氢叶酸合成酶,二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸,二氢叶酸,合成酶,二氢叶酸,H,2,N,SO,2,NHR,2.,非竞争性抑制,*反应模式,E+S,ES,E+P,+,I,E,I,+S,E,I,S,+,I,有些抑制剂能与,酶活性部位以外,的必需基团结合，而不影响酶与底物的结合，即抑制剂和底物可同时结合在酶分子上，形成的,酶,-,底物,-,抑制剂复合物，,不能释放出产物，使酶活性丧失，称为非竞争性抑制作用。,+,S,S,+S,S,+,ESI,EI,E,ES,E,P,*特点,抑制剂与酶活性中心外的必需基团结合，底物与抑制剂之间无竞争关系。,抑制程度取决于抑制剂的浓度。,动力学特点：,V,max,降低，表观,K,m,不变。,抑制剂,1/V,1/S,无抑制剂,1/,V,max,-1/,K,m,.,反竞争性抑制,*反应模式,E+S,E+P,ES,+,I,ES,I,+,+,E,S,ES,ESI,E,P,有些抑制剂与,酶,-,底物复合物,（,ES,）结合，形成,酶,-,底物,-,抑制剂复合物，,不能释放出产物，使酶活性丧失，称为反竞争性抑制作用。,*特点,抑制剂只与酶底物复合物结合。,抑制程度取决与抑制剂的浓度。,动力学特点：,V,max,降低，表观,K,m,降低。,抑制剂,1/V,1/S,无抑制剂,1/,V,max,-1/,K,m,各种可逆性抑制作用的比较,七、激活剂对反应速度的影响,激活剂,(activator),使酶由无活性变为有活性或使酶活性增高的物质。,类型,必需激活剂,(essential activator),非必需激活剂,(non-essential,activator),一、酶原与酶原的激活,酶原,(,zymogen,),有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。,酶原的激活,在一定条件下，使无活性的酶原向有活性酶转化的过程称为酶原激活。实质酶活性部位组建，完善和暴露的过程。,第五节 酶结构与功能的关系,酶 原,一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽,在特定条件下,分子构象发生改变,形成或暴露出酶的活性中心,酶原激活的机理,赖,缬,天,天,天,天,甘,异,赖,缬,天,天,天,天,缬,组,丝,S,S,S,S,46,183,甘,异,缬,组,丝,S,S,S,S,肠激酶,胰蛋白酶,活性中心,胰蛋白酶原的激活过程,酶原激活的生理意义,避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。,有的酶原可以视为酶的储存形式。在需要时，酶原即时地转变成有活性的酶，发挥其催化作用。,二、变构酶,(,allosteric enzyme),（一）概念,变构酶,有些酶分子除含有,活性部位,外，还有,调节部位,（变构部位），调节部位可与调节物结合，改变酶分子的构象，并引起酶催化活性的改变。,变构调节,调节物与酶分子的调节部位结合之后，引起酶分子构象发生变化，从而提高或降低酶的催化活性，这种作用称为变构调节或变构效应。,变构激活,提高酶活性的变构效应,变构抑制,降低酶活性的变构效应,调节物,（效应物）能使变构酶产生变构效应的物质,变构激活剂,与调节部位结合之后，提高酶活性的效应物,变构抑制剂,与调节部位结合之后，降低酶活性的效应物,变构酶的形曲线,变构激活,变构抑制,S,V,无变构效应剂,变构酶活性受底物浓度、中间产物或终产物浓度的调节。,变构酶常为多个亚基构成的寡聚体,（二）变构酶的特点,三、共价修饰酶（,covalent modification）,概念,有些酶在其它酶的作用下，其酶蛋白的某些特殊基团，能与特殊化学基团共价结合或解离，从而引酶活性的改变，称为共价修饰调节。,方式,主要磷酸化和脱磷酸、乙酰化和脱乙酰基、腺苷化和脱腺苷等。,酶的磷酸化与脱磷酸化,-,OH,Thr,Ser,Tyr,酶蛋白,ATP,ADP,蛋白激酶,Thr,Ser,Tyr,-,O-PO,3,2-,酶蛋白,H,2,O,Pi,磷蛋白磷酸酶,特点,酶有高（有）和低（无）活性两种形式,，,共价修饰可使两种形式互变。,酶分子出现共价键的变化,，从而使酶结构改变影响活性。,蛋白质磷酸化需,ATP,提供磷酸,，,即酶蛋白每个磷酸化位点磷酸化需要消耗一个,ATP,的高能磷酸键，是耗能反应。,共价修饰是酶促反应,，,一分子酶可催化许多其它酶蛋白发生磷酸化，因此有级联放大效应。,四、同工酶,*定义,同工酶(,isoenzyme),是指催化相同的化学反应，而酶蛋白的分子结构理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。,H,H,H,H,H,H,H,M,H,H,M,M,H,M,M,M,M,M,M,M,LDH,1,(H,4,),LDH,2,(H,3,M),LDH,3,(H,2,M,2,),LDH,4,(HM,3,),LDH,5,(M,4,),乳酸脱氢酶的同工酶,*举例：乳酸脱氢酶(,LDH,1,LDH,5,),*,生理及临床意义,在代谢调节上起着重要的作用。,用于解释发育过程中阶段特有的代谢特征。,同工酶谱的改变有助于对疾病的诊断。,同工酶可以作为遗传标志，用于遗传分析研究。,心肌梗死和肝病病人血清,LDH,同工酶谱的变化,1,酶活性,心肌梗死酶谱,正常酶谱,肝病酶谱,2,3,4,5,第六节 核酶、脱氧核酶和抗体酶,概念,核,酶,是具有催化功能的,RNA,分子,核酶的催化特点,底物种类少,催化反应类型少,催化效率低,具有多种活性,一、核酶,概念,脱氧核,酶,是具有催化功能的单链,DNA,片段，具有高效的催化活性和结构识别能力。,脱氧核酶的分类,切割,RNA,的脱氧核酶,切割,DNA,的脱氧核酶,激酶活性的脱氧核酶,连接酶活性的脱氧核酶,催化螯合反应的脱氧核酶,二、脱氧核酶,三、抗体酶,四、固定化酶,具有催化功能的抗体分子称为抗体酶,(,abzyme,),。它同时具备抗体和酶的特征。,固定化酶(immobilized enzyme)是将水溶性酶用物理或化学方法处理，使之成为不溶水的，但仍具有酶活性的状态。,固定化酶,提高了对酸碱和温度的稳定性，增加了酶的使用寿命。,酶的活性,是指酶催化化学反应的能力，其衡量的标准是,酶促反应速度,。,酶的活性单位,是衡量酶活力大小的尺度，它反映在规定条件下，酶促反应在单位时间（,s,、,min,或,h内生成一定量（,mg,、,g,、,mol,等）的产物或消耗一定数量的底物所需的酶量。,第八节 酶活力测定与酶的分离纯化,一、酶活力测定,国际单位,(IU),在特定的条件下，每分钟催化,1,mol,底物转化为产物所需的酶量为一个国际单位。,催量单位,(katal),催量,(kat),是指在特定条件下，每秒钟使,mol,底物转化为产物所需的酶量。,kat,与,IU,的换算：,1 IU=16.6710,-9,kat,1 kat=610,7,IU,二、酶的分离纯化,1,、盐析法,蛋白质在高浓度的中性盐溶液中不溶而沉淀析出，不同蛋白质盐析所需的盐浓度不同，可以将酶与其他蛋白质分离。常用的盐有硫酸铵、氯化钠和硫酸钠等。,2,、有机溶剂沉淀法,能与水互溶的有机溶剂可以使蛋白质产生沉淀，不同浓度下能沉淀不同蛋白质，可用来分离纯化酶。,三、吸附法,有些吸附剂可以选择性地吸附酶，可用于酶的纯化。常用的吸附剂有：淀粉、氧化铝和磷酸钙等。,四、层析法,(chromatography),待分离蛋白质溶液经过一个固态物质时，根据溶液中待分离的蛋白质颗粒大小、电荷多少及亲和力等，使待分离的蛋白质组分在两相中反复分配，并以不同速度流经固定相而达到分离酶与其他蛋白质的目的。,酶分离纯化常用的层析方法,*离子交换层析：,利用各蛋白质的电荷量及性质不同进行分离。,*,凝胶过滤,(gel filtration),又称分子筛层析,：,利用各蛋白质分子大小不同分离。,思考题,1、酶催化的特点,2、什么是酶的活性中心？各组成部分与酶专一性有何关系？,3、影响酶促作用的因素有哪些（,PH、,抑制剂）,4、,Km,值有何意义？,5、什么是酶原激活？有何生理意义？,6、名词解释,全酶 必需基团 辅酶及辅基 同工酶 绝对专一性 诱导契合学说,